端粒長度與自然流產病因相關性研究現狀

白樂樂，趙曉曦

自然流產是婦產科的一種常見病，胚胎著床后31%發生自然流產，其中80%為早期流產（妊娠12周前）[1]，可由胚胎、母體、父親及環境等多種因素引發，胚胎因素是早期流產的常見原因。端粒是人類基因組中轉錄不活躍的區域，存在于真核細胞染色體末端，由一段10～15 kb 長的特殊的TTAGGG 重復序列和結合蛋白組成的特殊結構[2]，參與維持基因組的完整性。人類細胞可以經歷有限次數的細胞分裂，最終達到一種復制衰老的不可分割狀態，因為每個細胞分裂中的端粒都會變短，一旦端粒長度極低，細胞就停止分裂，進入凋亡狀態。因此，端粒被認為在控制細胞分裂和死亡中起重要作用[3]。此外，端粒功能障礙與染色體重排、基因組不穩定、腫瘤發生和細胞衰老有關[4-6]。近年端粒長度在人類胚胎、胎兒發育中的作用引起了關注?，F就端粒長度與自然流產病因的相關性研究進展進行綜述。

1 胚胎因素

1.1 配子及各期胚胎染色體端粒長度檢測端粒長度與自然流產相關胚胎因素的研究，主要集中在對卵母細胞、精子及各期胚胎的研究。卵母細胞及胚胎染色體端粒長度檢測始于2010 年，Turner 等[7]通過定量熒光原位雜交技術（Q-FISH）測量了人類胚泡卵母細胞和植入前胚胎的端粒長度，顯示了不同發育階段卵母細胞、卵裂期胚胎和囊胚之間的差異，為端粒長度作為胚胎質量標志的假設提供了基礎數據，該研究提示卵裂期胚胎的平均端粒長度明顯短于囊胚或卵母細胞的端粒長度，而人類胚胎干細胞無限期增殖的能力與其較長的端粒有關。2013 年Turner 等[8]首次量化了男性和女性對初始胚胎端粒負荷的相對貢獻，研究提示成熟卵母細胞和雌性原核的端粒長度顯著長于單個精子和雄性原核，未成熟卵母細胞的端粒長度明顯長于成熟卵母細胞，但精子或卵母細胞的端粒長度與臨床參數或治療結果均無明顯相關性，因為受精后的胚胎端粒長度發生了重置，人類卵母細胞端粒在成熟過程中縮短，直到囊胚階段端粒酶增加。在新形成的人類胚胎中，短小或功能失調的端?？赡軐е逻z傳的不穩定性。為了繁殖成功，胚胎必須在遺傳不穩定的情況下存活下來，直到囊胚階段端粒酶產生。卵母細胞的較長端?？赡苡兄诓环€定的較短端粒精子通過姐妹染色單體交換端粒而變得穩定[8]。因此，端粒較短的配子和胚胎發生自然流產的風險會加大，未來有望通過篩選較長端粒的配子、胚胎達到優生優育的目的。

1.2 端粒長度與胚胎非整倍體發育的相關性研究端粒對維持染色體完整性、細胞分裂和細胞存活具有重要作用，端粒長度在細胞內穩態中起著重要作用。2011 年Treff 等[9]首次證明端粒長度與人類非整倍體的發育有關，非整倍體胚胎的端粒明顯短于整倍體胚胎。端粒較短的卵母細胞在減數分裂過程中易發生染色體配對錯誤，形成非整倍體。非整倍體胚胎在卵裂期比整倍體胚胎的端粒更短，而在囊胚期則無顯著差異。胚泡期缺乏顯著差異的原因是卵裂期和囊胚期的端粒正?；?，而不是端粒較短的胚胎發育停滯所致。Huleyuk 等[10]研究支持以上論點，該研究共對80 個自然流產胚胎和25 個人工流產胚胎的相對端粒長度進行檢測，結果提示自然流產以絨毛組織端?？s短為特征，尤其是在非整倍體胚胎中。然而，2019 年Turner 等[11]進一步推翻了前人理論，他們進行了迄今為止評估卵裂期胚胎中相對端粒長度最大樣本量的研究，共評估了86 例卵裂期胚胎及82例卵裂期胚胎極體，結果顯示非整倍體和整倍體第一極體和卵裂球的相對端粒長度沒有差異。但是該研究也存在一定局限性，研究中抽樣的母親的年齡范圍較窄，大多數樣本來自30 多歲的女性，參與該研究的女性都在接受不孕癥的治療，因此可能無法代表正常人群。基于倫理原則，該研究不可能從健康、可生育的女性獲得雌性配子，但研究中可能包括一部分女性正在接受男性因素不孕癥的相關治療，因此可以被認為是健康和有生育能力的。因為沒有收集有關不孕癥原因的數據，所以不能做出對比分析。因此，端粒在人類胚胎非整倍體發育中的作用還有待更多的臨床研究證實，希望未來可以通過端粒選擇具有生殖能力的卵母細胞、胚胎，進而為生殖相關治療提供機會。

2 母體因素

自然流產病因中，母體因素主要包括全身性疾病、生殖器異常、內分泌異常、強烈應激與不良習慣及免疫功能異常[1]。端粒長度被認為是生物體生物學年齡的指標，一項回顧性研究發現，母親端粒長度較短與復發性流產有關[12]，與端粒結合蛋白[端粒重復序列結合蛋白1（TRF1）和TRF2]表達下調有關[13]。

2.1 與母體年齡、卵巢功能相關性研究女性生育能力的一個重要因素是卵巢儲備，其受年齡影響很大。生殖衰老的端粒理論認為女性與年齡相關的卵母細胞功能障礙是由于端粒逐漸縮短所致，年輕女性捐贈的卵子完全消除了生殖衰老的影響，這突出了卵母細胞在生殖衰老中的中心作用，由此提出端粒損耗可以用來解釋衰老對卵母細胞功能的不同影響[14]。端粒內環境的穩態對生育能力和受孕潛力有著重要的影響。端?？s短與特發性卵巢功能早衰相關[15]，端粒長度可作為生殖能力判斷及卵巢功能評定的敏感指標[16]。有研究顯示，母體卵巢顆粒細胞的端粒長度與卵泡成熟度之間存在明顯相關性，端粒長度與女性年齡呈負相關，且不同年齡組卵巢顆粒細胞凋亡率也有顯著差異[17]。因此，年輕的母親和卵巢功能較好的母親，其卵泡成熟度高，卵母細胞更容易擁有較長的端粒，妊娠后自然流產的風險會降低。

2.2 與女性內分泌異常相關性研究多囊卵巢綜合征（PCOS）是常見的女性內分泌疾病，對女性的卵母細胞質量和生育能力有眾多負面影響。有關PCOS患者顆粒細胞端粒長度的研究結果不一，Wei 等[18]發現PCOS 患者顆粒細胞的端粒延長，Li 等[19]則發現在該病患者中端粒較短。Pedroso 等[20]的研究結果則顯示PCOS 患者生殖細胞（包括未成熟卵母細胞、成熟卵母細胞、生發期卵泡和第2 次減數分裂中期卵母細胞）的端粒長度沒有改變，只有在接受控制性超促排卵治療的PCOS 患者白細胞中端粒長度增加。這些研究提示了端粒穩態在疾病中作用的不確定性，可能是由于研究之間的實驗設計差異或該疾病復雜的病因所致。

2.3 與子宮環境相關性研究子宮環境對個體出生時的染色體端粒長度有重要影響，可能會影響個體出生后的疾病易感性。子宮環境因素包括母體的營養狀況和生活習慣等。研究表明母體體質量指數（BMI）、體脂率和維生素B12與胎盤端粒長度呈正相關，而25-羥基膽鈣素與胎盤端粒長度呈負相關，未觀察到上述因素與臍帶血端粒長度有關，所以胎盤相對端粒長度比臍帶血相對端粒長度更易受母體營養變化的影響[21]。這與比利時Martens 等[22]的研究結一致，但該研究還發現，臍帶血端粒的縮短與妊娠前BMI 有關，并且妊娠前較高的BMI 與新生兒端粒長度（在臍帶血和胎盤組織中測量）的縮短有關，表明母體體質量可能影響孩子未來的壽命。臍帶血端粒長度平均比母血延長30%左右，胎盤是一個臨時器官，相對端粒長度最短，約為臍帶血端粒長度的60%[23]，并且胎盤相對端粒長度隨孕周的增加而降低[24]。

端?？s短作為促進細胞衰老和分娩的一種機制，胎盤、胎膜端粒長度的正?？s短是分娩的促進因素，如果端粒過早磨損會降低復制能力、增加氧化應激、改變胎盤血流量以及損害胎膜的完整性，從而增加妊娠并發癥的風險。與活產胎盤組織相比，來源于不明原因死產的胎盤端粒長度顯著縮短，死產和未足月胎膜早破中的端粒長度無顯著差異，端粒在胎膜中的異常縮短會損害胎兒正常發育，并且與胎兒生長受限有關[25]。妊娠早期暴露于煙霧與胎兒肺組織相對端粒長度的縮短密切相關，提示吸煙暴露對未來疾病的有害影響可能始于妊娠早期[26]。也有研究發現妊娠前母親吸煙與后代端粒長度較短有關[27]。母親體內的葉酸濃度高與新生兒端粒長度的增加有關[28]。所以，妊娠期良好的生活環境、充足的營養，可能會促進后代擁有更長的端粒，對后代的健康有重要作用。

3 父親因素

3.1 與男性年齡、精液分析相關性研究精子的染色體異常可導致自然流產，但臨床上精子畸形率異常增高與自然流產的關系尚無明確的證據[1]。男性生育能力的評估主要是基于精液分析的初步評估。少精子癥、弱精子癥、畸形精子癥和無精子癥被認為是影響男性生育的主要原因。有學者在2018 年提出，基于精液參數評估的標準診斷程序通常不足以解釋男性不育的原因，端粒長度可能成為一種新的精子檢測指標用于評估男性的生殖年齡[29]。男性的體細胞端粒隨年齡增長而縮短，而精子端粒隨著男性年齡的增長而延長。端粒長度的維持在生殖生物學中起重要作用，精子端粒的亞理想狀態可能會損害男性的生育能力。端粒的磨損（主要與氧化應激條件有關）可對生育潛力產生有害影響、使DNA 不穩定性增加。一項橫向研究發現，按年齡分組后，與健康對照者相比，不育男性的精子端粒顯著縮短[30]。2020 年的一項研究顯示，與可育男性相比，不育男性的白細胞和精子端粒長度均明顯縮短，提示端粒長度與精子濃度、DNA 片段化和脂質過氧化顯著相關[31]。幸運的是，常規的精液制備方法可以選擇端粒較長的精子。另有研究顯示男性精子亞群具有不同端粒長度，年長的父親擁有相對較長的精子端粒，所生育的后代有更長的體細胞端粒，精子端粒長度與精子DNA碎片化、精液參數及治療結果無明顯相關性，該研究中每份精子樣本的平均端粒長度比正常精子、捐精者的精子端粒長度要短，考慮可能因為該研究包括一些不育男性，他們的精子更多的是非整倍體[12]。Thilagavathi 等[32]的研究顯示少精子癥患者的精子端粒較短，但精子端粒長度與精液量、精子形態和活動率之間無相關性。目前，缺乏強有力的證據支持關于短端粒與精子生成缺陷之間關系的理論，期待更多精子端粒相關性的科研結果。

3.2 與體外受精率、胚胎質量相關性研究該類研究結果較統一，2020 年一項研究對因女方因素接受輔助生殖助孕治療的66 例正常男性進行精子端粒長度檢測，發現精子端粒長度與體外受精率呈正相關[33]。另有研究表明體外受精中精子端粒長度與胚胎質量呈正相關[34]，該研究收集418 份因女性輸卵管因素行第一周期常規體外受精-胚胎移植治療的男性的精液，用熒光實時定量聚合酶鏈反應檢測精液中精子的平均端粒長度，發現精子端粒長度與優胚率、可移植胚胎率呈正相關。因此，精子端粒長度可能成為預測胚胎質量的一個標志。

3.3 與男性生活方式相關性研究在體細胞中，端?？s短的速率受許多生活方式因素的影響，例如吸煙、飲食和職業。然而，關于生活方式因素如何影響精子端粒長度和隨后的生殖結果知之甚少。既往研究顯示，男性體質量與精子端粒長度呈負相關[35]。Mishra 等[36]研究提示，溫和的氧化應激有利于精子端粒長度的維持。但也有不同結論，Berneau 等[33]研究表明精子端粒長度與生活方式因素無關。

4 環境因素

過多接觸放射線和砷、鉛、甲醛、苯、氯丁二烯、氧化乙烯等化學物質，均可能引起流產[1]。大氣污染會導致成年人端粒長度縮短[37]，環境中多環芳烴的暴露可引起生殖毒性，與男性精子端粒長度呈負相關[38]。而2017 年有研究表明，在高污染環境暴露地區的男性居民的精子端粒長度顯著增加，提示人類精液是環境暴露的一個生物標志[39]。所以目前環境因素對精子端粒長度及男性生育能力的影響仍存在爭議，有待更多臨床試驗的開展來證實。與此同時，人們對有毒化學物質對早期生命端粒的影響也知之甚少。2019 年Herlin 等[23]第一次在孕婦和新生兒中評估多種有毒金屬與端粒長度的關系，評估了多種有毒金屬對母體血液、臍帶血和胎盤中相對端粒長度的潛在影響，以及促氧化劑的潛在修飾效應，發現妊娠期接觸硼和銻的母親相對端粒長度較短，妊娠期接觸鋰的母體相對端粒長度較長；胎盤中砷濃度與血、尿和胎盤相對端粒長度呈正相關；在臍帶血中只有鉛濃度與相對端粒長度呈負相關，尤其是在男孩中，按新生兒性別劃分，在男孩中的相關性是女孩的10 倍。由此推測，硼、鋰、砷和銻暴露量的增加與母體或新生兒的組織特異性相對端粒長度有關。這項研究為妊娠期接觸有毒金屬可能改變端粒長度提供了證據。既往有一些證據支持目前的發現，端粒長度是受產前暴露影響的終生疾病風險的潛在生物標志，男性胎兒尤其容易受到母親對新生兒端粒長度的影響[40]。鋰元素對端粒長度具有保護作用[41]。期待未來有更多研究進一步闡明環境因素對生殖健康相關端粒長度的潛在影響。

綜上所述，目前研究從胚胎、母體、父親及環境等多種因素探討了端粒長度與自然流產病因的相關性，越來越多的證據表明端粒在人類生殖過程中起著重要作用，并有望成為生殖醫學中重要的生物學標志物，為自然流產的防治提供理論依據與指導方向。但目前絕大多數研究都是在不孕癥患者或自然流產夫婦中開展的，不能代表普通人群，希望未來有更多關于端粒長度的研究，增加更多正常人群的樣本量作為對照，進一步明確端粒在生殖過程中的作用，有望開展配子、胚胎植入前端粒長度的檢測，選擇優質胚胎進行移植，降低自然流產率。